[論文レビュー] Update of the NNLO PDFs in the 3-, 4-, and 5-flavour scheme

S. Alekhin, J. Blümlein+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 21, 2010

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用数 20

ひとこと要約

本稿では、3、4、5フレーバー体系における次々次の高次の項（NNLO）の一部布分布関数（PDFs）の更新版を提示する。この更新には、統合されたHERAランIの深く非弾性散乱データと、重クォーク電磁生産に対する部分的NNLO補正を組み込む。この更新により、強い結合定数 αs(MZ) = 0.1147(12) が得られ、特に非 strange 海クォークおよびグルーオン分布の低x領域における振る舞いの記述が向上し、テバトロンおよびLHCにおける標準キャンドル断面積に顕著な影響を与える。

ABSTRACT

We report on an update of the next-to-next-to-leading order (NNLO) ABKM09 parton distributions functions. They are obtained with the use of the combined HERA collider Run I inclusive deep-inelastic scattering (DIS) data and the partial NNLO corrections to the heavy quark electro-production taken into account. The value of the strong couplig constant $α^{ m NNLO}_{ m s}(M_{ m Z})=0.1147(12)$ is obtained. The standard candle cross sections for the Tevatron collider and the LHC estimated with the updated PDFs are provided.

研究の動機と目的

• ハドロン衝突実験のためのNNLO部分布分布関数（PDFs）の精度と理論的整合性を向上させること。
• 特に低Bjorken-x領域におけるHERAデータと従来のPDFフィットとの間に生じる矛盾を解消するために、PDFパラメータ化の低x領域漸近的振る舞いを精緻化すること。
• 3フレーバー体系における重クォーク電磁生産に対する部分的NNLO補正を組み込み、理論的精度を向上させること。
• 改善されたPDFを用いて、テバトロンおよびLHCにおけるW、Z、トップクォーク、ヒッグス粒子生成の標準キャンドル断面積を更新すること。
• PDFと同時にαsをフィットすることで、より正確な強い結合定数αs(MZ)の値を決定すること。

提案手法

• 前回のフィットで得られたNNLO PDFを用いて、F2の対数的Q²依存性をxのビンごとにフィットすることで、HERAランIの包括的構造関数F2のモデルに依存しない解析を実施。さらに、前回のフィットからのNNLO PDFを用いて、横方向構造関数FLの補正を実施。
• 低x領域の振る舞い、特に非 strange 海クォークおよびグルーオン分布の記述を向上させるために、パラメータa、β、γ1–γ3、およびbを含む新しい柔軟なPDFパラメータ化（式1）を導入。
• 3フレーバー体系における重クォーク電磁生産に対する部分的NNLO補正を含め、特に参考文献[8]のO(αs²)閾値補正を組み込み、理論的精度を向上。
• χ²評価において、系統的誤差相関を慎重に取り扱い、2 < Q² < 100 GeV²範囲のデータを用いたF2勾配の決定におけるバイアスを最小限に抑える。
• PDFと同時に強い結合定数αsをフィットし、5フレーバー体系においてαs(MZ) = 0.1147(12) を得た。
• テバトロンおよびLHCにおける標準キャンドル断面積を、それぞれNNLOおよびNLO近似で更新されたPDFを用いて再計算し、従来のABKM09セットと比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 統合されたHERAランIのDISデータの組み込みが、従来のフィットと比較して、部分布分布関数の低x領域における振る舞いにどのように影響を与えるか？
• RQ2 重クォーク電磁生産に対する部分的NNLO補正が、小x領域におけるグルーオンおよび海クォーク分布にどの程度の変化をもたらすか？
• RQ3 更新されたPDFが、強い結合定数αs(MZ)の決定にどのような影響を与えるか？
• RQ4 更新されたPDFが、テバトロンおよびLHCにおける標準キャンドル断面積の予測にどのように影響を与えるか？
• RQ5 より柔軟なPDFパラメータ化（式1）が、特に低x領域におけるHERAデータとNNLO予測の間に生じる矛盾をよりよく記述できるか？

主な発見

• 更新されたNNLO PDFは、αs(MZ) = 0.1147(12) を得る。これは、従来のABKM09結果の0.1135(14) よりも1σ高いが、主に更新されたHERAデータによるものである。
• 非 strange 海クォーク分布は小x領域で増加するが、グルーオン分布は小x領域でABKM09と比較して減少する。これは、改善されたデータと運動量和則制約によるものである。
• 重クォーク電磁生産に対する部分的NNLO補正の組み込みにより、小x領域におけるグルーオン分布が抑制されるが、因子化スケール約2 GeV²まで正のままである。
• 高精度HERAデータサブセット（Q² < 300 GeV²）における更新フィットのχ²/NDPは365/202 = 1.2であり、わずかなフラクチュエーションの過剰評価を伴うが、統計的に妥当なフィットである。
• テバトロンにおける標準キャンドル断面積には顕著なシフトが生じる：W±生成断面積は26.2±0.3 nbから26.8±0.3 nbに、Z生成断面積は7.73±0.08 nbから7.88±0.07 nbに上昇し、これは小x領域におけるクォーク分布の上昇に起因する。
• LHC（7 TeV）では、更新されたPDFによりW±断面積が2.1 nb増加（100.9±1.3 nb 対 98.8±1.5 nb）、ヒッグス生成断面積が0.6 pb増加（9.4±0.2 pb 対 8.8±0.3 pb）する。これは、αsとPDFの両方の変化が組み合わさった効果による。